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社区首页 >专栏 >MySQL索引与性能优化入门:让查询提速的秘密武器【MySQL系列】

MySQL索引与性能优化入门:让查询提速的秘密武器【MySQL系列】

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大熊计算机
发布2025-07-14 20:08:50
发布2025-07-14 20:08:50
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本文将深入讲解 MySQL 索引的底层原理、常见类型、使用技巧,并结合 EXPLAIN 工具分析查询执行计划,配合慢查询日志识别瓶颈,逐步建立起系统的 MySQL 查询优化知识体系。适合有一定基础、希望在数据量增长或面试中脱颖而出的开发者阅读。

一、MySQL索引是什么?

1.1 索引的本质

索引是一种数据结构,其目的是提升数据库查询效率。它将表中的某些列值抽取出来,构建一个高效的查找结构(通常是 B+ 树),通过该结构定位数据的存储位置。

换句话说,索引是表数据的“加速器”。没有索引时,MySQL 只能做全表扫描;有索引时,可快速缩小查找范围。

1.2 索引的类比
  • 无索引:就像找一本书中某个词,必须逐页翻阅。
  • 有索引:像是查字典,有字母目录直接定位页码。

二、MySQL常见索引类型

2.1 主键索引(PRIMARY KEY)

每张表只能有一个主键索引,默认是聚簇索引。

2.2 唯一索引(UNIQUE)

保证字段值唯一,适合如邮箱、身份证号等字段。

2.3 普通索引(INDEX)

最基础的索引,无任何约束,只提升查询性能。

2.4 组合索引(Composite Index)

在多个列上创建的索引,遵循“最左前缀”原则。

2.5 全文索引(FULLTEXT)

用于全文搜索,支持自然语言分析。

2.6 空间索引(SPATIAL)

主要用于 GIS 地理信息类型字段。


三、索引底层原理:B+树结构详解

MySQL 的 InnoDB 存储引擎默认使用 B+ 树作为索引结构。

3.1 B+树特性
  • 所有数据都存储在叶子节点。
  • 非叶子节点只存储键值(索引项),不存储数据。
  • 所有叶子节点通过链表相连,方便区间查询。
3.2 聚簇索引 vs 非聚簇索引
  • 聚簇索引:主键索引,数据和索引存储在一起。
  • 二级索引(辅助索引):索引结构中存储的是主键的值,需要二次回表查询原始数据。

四、创建索引的最佳实践

4.1 如何选择索引列?
  • 用于 WHERE 子句过滤的字段
  • 用于 JOIN、ORDER BY、GROUP BY 的字段
  • 高基数(distinct 值多)的字段优先考虑
4.2 创建索引示例
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-- 普通索引
CREATE INDEX idx_email ON users(email);

-- 唯一索引
CREATE UNIQUE INDEX idx_mobile ON users(mobile);

-- 组合索引
CREATE INDEX idx_multi ON orders(user_id, status);
4.3 删除索引
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DROP INDEX idx_email ON users;
4.4 查看索引
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SHOW INDEX FROM users;

五、查询优化利器:EXPLAIN 执行计划

5.1 基本使用
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EXPLAIN SELECT * FROM users WHERE email = 'test@example.com';
5.2 关键字段解析

字段

含义

id

查询序列编号

select_type

查询类型(SIMPLE、PRIMARY、SUBQUERY 等)

table

当前访问的表

type

连接类型(ALL、index、range、ref、const、eq_ref、NULL)

key

使用的索引

rows

预计扫描的行数

Extra

额外信息,如"Using where"、“Using index”

5.3 type 字段详解
  • ALL:全表扫描(最差)
  • index:全索引扫描
  • range:范围扫描,如 BETWEEN、>、<
  • ref:使用非唯一索引查找
  • const:唯一索引等值查找,最多一行
5.4 案例:组合索引未命中
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CREATE INDEX idx_user_status ON orders(user_id, status);

-- 命中索引
SELECT * FROM orders WHERE user_id = 123 AND status = 'paid';

-- 未命中组合索引
SELECT * FROM orders WHERE status = 'paid';

六、慢查询日志:发现性能瓶颈

6.1 开启慢查询日志
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[mysqld]
slow_query_log = 1
slow_query_log_file = /var/log/mysql/mysql-slow.log
long_query_time = 1
6.2 查询慢日志内容
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mysqldumpslow -s r -t 10 /var/log/mysql/mysql-slow.log
6.3 使用 pt-query-digest 分析慢查询
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pt-query-digest /var/log/mysql/mysql-slow.log > slow_report.txt

七、常见查询优化技巧

7.1 避免 SELECT *

明确列字段,避免读取不必要数据。

7.2 使用覆盖索引

查询所用字段全部在索引中,避免回表。

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-- 创建覆盖索引
CREATE INDEX idx_name_age ON users(name, age);

-- 查询使用覆盖索引
SELECT name, age FROM users WHERE name = 'Tom';
7.3 避免在 WHERE 中对索引字段做函数操作
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-- 不走索引
SELECT * FROM users WHERE DATE(create_time) = '2024-01-01';

-- 优化后
SELECT * FROM users WHERE create_time >= '2024-01-01' AND create_time < '2024-01-02';
7.4 利用 LIMIT + 索引分页优化
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-- 分页慢
SELECT * FROM users ORDER BY id LIMIT 10000, 10;

-- 延迟关联优化
SELECT * FROM users WHERE id > (SELECT id FROM users ORDER BY id LIMIT 10000, 1) LIMIT 10;
7.5 拆分大查询

将一次性操作百万数据的语句,拆分为批量处理:

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DELETE FROM logs WHERE created_at < '2023-01-01' LIMIT 1000;

八、避免这些索引误区

  • 所有字段都建索引:浪费空间 + 写入变慢
  • 忽视组合索引顺序:需遵循最左前缀原则
  • 数据量小也加索引:小表加索引反而可能变慢
  • 高频更新字段建索引:更新频繁的字段不建议建索引

九、实践案例:优化百万级用户查询

9.1 初始场景
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SELECT * FROM users WHERE email = 'abc@example.com';
  • 数据量:用户表 500 万条
  • 无索引:执行时间 > 3 秒
9.2 添加索引
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CREATE INDEX idx_email ON users(email);
9.3 使用 EXPLAIN 检查
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EXPLAIN SELECT * FROM users WHERE email = 'abc@example.com';
-- type: ref, key: idx_email, rows: 1
  • 查询时间降低至 < 10ms

本项目适用于后台管理系统、电商用户中心、SaaS 用户模块等场景,特别适合开发者进行实战演练与面试准备。


一、项目背景与需求概述

我们将构建一个基础版的用户管理系统,具备以下业务功能:

  • 用户注册与登录
  • 用户角色与权限分配
  • 日志记录与用户状态追踪
  • 多条件用户查询与分页

涉及的核心业务对象包括:用户、角色、权限、日志等。


二、数据库建模与表结构设计

2.1 实体关系图(ER图)简要说明
  • 一位用户可以拥有多个角色(多对多)
  • 一个角色可以拥有多个权限(多对多)
  • 用户与登录日志是一对多关系
2.2 用户表(users
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CREATE TABLE users (
  id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
  username VARCHAR(50) NOT NULL UNIQUE,
  password VARCHAR(100) NOT NULL,
  email VARCHAR(100),
  status TINYINT DEFAULT 1 COMMENT '0:禁用, 1:启用',
  created_at DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);
2.3 角色表(roles
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CREATE TABLE roles (
  id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
  name VARCHAR(50) NOT NULL UNIQUE,
  description VARCHAR(255)
);
2.4 权限表(permissions
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CREATE TABLE permissions (
  id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
  name VARCHAR(50) NOT NULL UNIQUE,
  code VARCHAR(50) NOT NULL UNIQUE COMMENT '用于权限标识,如 user:view'
);
2.5 用户-角色关联表(user_role
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CREATE TABLE user_role (
  user_id INT,
  role_id INT,
  PRIMARY KEY (user_id, role_id),
  FOREIGN KEY (user_id) REFERENCES users(id),
  FOREIGN KEY (role_id) REFERENCES roles(id)
);
2.6 角色-权限关联表(role_permission
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CREATE TABLE role_permission (
  role_id INT,
  permission_id INT,
  PRIMARY KEY (role_id, permission_id),
  FOREIGN KEY (role_id) REFERENCES roles(id),
  FOREIGN KEY (permission_id) REFERENCES permissions(id)
);
2.7 登录日志表(login_logs
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CREATE TABLE login_logs (
  id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
  user_id INT,
  ip_address VARCHAR(45),
  login_time DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
  FOREIGN KEY (user_id) REFERENCES users(id)
);

三、数据初始化脚本

3.1 插入初始角色与权限
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INSERT INTO roles(name, description) VALUES ('admin', '系统管理员'), ('user', '普通用户');

INSERT INTO permissions(name, code) VALUES
('查看用户', 'user:view'),
('新增用户', 'user:create'),
('删除用户', 'user:delete');

-- 分配权限给角色
INSERT INTO role_permission(role_id, permission_id) VALUES
(1, 1), (1, 2), (1, 3), -- admin 拥有全部权限
(2, 1);                 -- user 仅能查看用户
3.2 插入测试用户
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INSERT INTO users(username, password, email) VALUES
('alice', 'hashed_pwd1', 'alice@example.com'),
('bob', 'hashed_pwd2', 'bob@example.com');

-- 分配角色
INSERT INTO user_role(user_id, role_id) VALUES
(1, 1), -- alice 为管理员
(2, 2); -- bob 为普通用户

四、典型查询场景实现

4.1 查询所有启用用户及其角色
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SELECT u.id, u.username, r.name AS role
FROM users u
JOIN user_role ur ON u.id = ur.user_id
JOIN roles r ON ur.role_id = r.id
WHERE u.status = 1;
4.2 查询某用户拥有的所有权限
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SELECT p.name, p.code
FROM users u
JOIN user_role ur ON u.id = ur.user_id
JOIN role_permission rp ON ur.role_id = rp.role_id
JOIN permissions p ON rp.permission_id = p.id
WHERE u.username = 'alice';
4.3 查询最近7天登录日志
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SELECT u.username, l.ip_address, l.login_time
FROM login_logs l
JOIN users u ON l.user_id = u.id
WHERE l.login_time >= NOW() - INTERVAL 7 DAY
ORDER BY l.login_time DESC;
4.4 用户分页查询(带关键字搜索)
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SELECT *
FROM users
WHERE username LIKE '%bob%'
ORDER BY created_at DESC
LIMIT 0, 10;

五、事务控制与一致性保障

在角色授权或用户注册等业务流程中,可以使用事务来确保数据完整性。

5.1 注册用户 + 分配默认角色(事务)
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START TRANSACTION;

INSERT INTO users(username, password, email) VALUES('charlie', 'hashed_pwd3', 'charlie@example.com');
SET @uid = LAST_INSERT_ID();
INSERT INTO user_role(user_id, role_id) VALUES(@uid, 2); -- 默认赋普通角色

COMMIT;
5.2 授权失败时回滚
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START TRANSACTION;

-- 假设某权限不存在导致失败
INSERT INTO role_permission(role_id, permission_id) VALUES(1, 999);

-- 失败时回滚
ROLLBACK;

六、索引优化与执行分析

6.1 建议加索引字段
  • users.username:用于登录验证、搜索
  • login_logs.user_id:日志查询
  • user_role.user_id / role_permission.role_id:JOIN 优化
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CREATE INDEX idx_username ON users(username);
CREATE INDEX idx_user_log ON login_logs(user_id);
6.2 执行计划分析
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EXPLAIN SELECT u.username, r.name FROM users u JOIN user_role ur ON u.id = ur.user_id JOIN roles r ON ur.role_id = r.id;

可查看索引是否使用、JOIN 类型、Rows 扫描数量等。

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原始发表:2025-05-31,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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  • 一、MySQL索引是什么?
    • 1.1 索引的本质
    • 1.2 索引的类比
  • 二、MySQL常见索引类型
    • 2.1 主键索引(PRIMARY KEY)
    • 2.2 唯一索引(UNIQUE)
    • 2.3 普通索引(INDEX)
    • 2.4 组合索引(Composite Index)
    • 2.5 全文索引(FULLTEXT)
    • 2.6 空间索引(SPATIAL)
  • 三、索引底层原理:B+树结构详解
    • 3.1 B+树特性
    • 3.2 聚簇索引 vs 非聚簇索引
  • 四、创建索引的最佳实践
    • 4.1 如何选择索引列?
    • 4.2 创建索引示例
    • 4.3 删除索引
    • 4.4 查看索引
  • 五、查询优化利器:EXPLAIN 执行计划
    • 5.1 基本使用
    • 5.2 关键字段解析
    • 5.3 type 字段详解
    • 5.4 案例:组合索引未命中
  • 六、慢查询日志:发现性能瓶颈
    • 6.1 开启慢查询日志
    • 6.2 查询慢日志内容
    • 6.3 使用 pt-query-digest 分析慢查询
  • 七、常见查询优化技巧
    • 7.1 避免 SELECT *
    • 7.2 使用覆盖索引
    • 7.3 避免在 WHERE 中对索引字段做函数操作
    • 7.4 利用 LIMIT + 索引分页优化
    • 7.5 拆分大查询
  • 八、避免这些索引误区
  • 九、实践案例:优化百万级用户查询
    • 9.1 初始场景
    • 9.2 添加索引
    • 9.3 使用 EXPLAIN 检查
  • 一、项目背景与需求概述
  • 二、数据库建模与表结构设计
    • 2.1 实体关系图(ER图)简要说明
    • 2.2 用户表(users)
    • 2.3 角色表(roles)
    • 2.4 权限表(permissions)
    • 2.5 用户-角色关联表(user_role)
    • 2.6 角色-权限关联表(role_permission)
    • 2.7 登录日志表(login_logs)
  • 三、数据初始化脚本
    • 3.1 插入初始角色与权限
    • 3.2 插入测试用户
  • 四、典型查询场景实现
    • 4.1 查询所有启用用户及其角色
    • 4.2 查询某用户拥有的所有权限
    • 4.3 查询最近7天登录日志
    • 4.4 用户分页查询(带关键字搜索)
  • 五、事务控制与一致性保障
    • 5.1 注册用户 + 分配默认角色(事务)
    • 5.2 授权失败时回滚
  • 六、索引优化与执行分析
    • 6.1 建议加索引字段
    • 6.2 执行计划分析
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